GUSB

β-Glucuronidase (GUSB, EC3.2.1.31) ist eine Glycosid-Hydrolase, die zur Familie der Glycosyl-Hydrolasen gehört. Sie kann die Hydrolyse verschiedener Arten von β-Glucuroniden katalysieren, um eine Vielzahl von Derivaten zu produzieren, während β-Glucuronsäure und die entsprechenden Liganden freigesetzt werden. 1934 entdeckten Masamune et al. GUSB erstmals in tierischen Geweben und ermittelten anschließend die Aktivität des Enzyms in Bakterien, Pilzen, höheren Pflanzen und Tieren. Die Studie ergab, dass GUSB in der Familie Enterobacteriaceae als Tetramer existiert, mit einer relativen Molekülmasse von 68 kDa pro Einheit und einer monomeren Peptidkette, die aus 603 Aminosäuren besteht.

Molekulare Struktur

1996 berichteten Jains et al. erstmals über die Kristallstruktur des menschlichen GUSB in Nature. Das GUSB-Monomer besteht aus drei unterschiedlichen Domänen. Die erste Domäne ist ein Jelly-Roll-Fass, das stark verzerrt ist und eine fassähnliche Struktur mit zwei β-Haarpin-Strukturen bildet. Die Haarpin-Schleife des Jelly-Roll-Fasses wird als wichtiger Teil der Zielgerichtetheit von GUSB zu Lysosomen angesehen, weshalb diese Domäne auch als lysosomales Zielmotiv bekannt ist. Die zweite Domäne ähnelt strukturell einer konstanten Domäne von Immunglobulinen. Die dritte Domäne ist die α/β- oder TIM-Fass-Domäne. Diese Domäne enthält die aktive Stelle des Enzyms und ist die katalytische Stelle, die ein Merkmal der Glycosyl-Hydrolasen ist.

Die TIM-Fass-Domäne enthält etwa 200 Aminosäuren und ist eine räumliche Struktur, die aus 8 β-Faltblättern und 8 α-Helices besteht, die abwechselnd angeordnet sind. Die Struktur, die die einzelnen β-Faltblätter und die nächste α-Helix verbindet, wird als βα-Schleife bezeichnet. Die Struktur, die die einzelnen α-Helix und das nächste β-Faltblatt verbindet, wird als αβ-Schleife bezeichnet, die sich zu einer fassähnlichen Struktur mit einem inneren β-Faltblatt und einer äußeren α-Helix faltet, während die βα- und αβ-Schleifen die katalytische Oberfläche und die Stabilität der TIM-Fass-Domäne bilden. Im Verlauf der biologischen Evolution sind die Aminosäurereste der Schleife, die sich auf der katalytischen Oberfläche befinden, anfällig für Veränderungen, und somit spielt die katalytische Oberfläche eine katalytische Rolle; während die stabile Oberfläche relativ weniger wahrscheinlich verändert wird und dazu dient, die grundlegende strukturelle Funktion des Proteins zu stabilisieren. Die aktive Stelle jedes Monomers existiert an der Schnittstelle des Oligomers, sodass der Tetramer-Komplex GUSB vier aktive Stellen hat.

Physiologische Funktion

GUSB ist weit verbreitet in menschlichen Geweben und Körperflüssigkeiten zu finden. Es ist ein wichtiges Enzym, das am Metabolismus von Sterolen beteiligt ist und eine wichtige Rolle im Metabolismus von Bilirubin spielt. Gleichzeitig gehört GUSB zu den lysosomalen Hydrolasen, die in Säugetiergeweben weit verbreitet sind, insbesondere in der Leber, der Milz, der Nebenniere, der Darmschleimhaut und der Magenschleimhaut. Als Hauskeeping-Enzym wird GUSB in den meisten Geweben exprimiert und ist aktiv an der Hydrolyse von Proteoglykanen in Lysosomen beteiligt. Es katalysiert den fünften Schritt des Abbaus von Glykosaminoglykanen (GAGs) und spielt eine wichtige Rolle beim Abbau von Dermatan-Sulfat und Keratan-Sulfat. GUSB ist auch an der Kationbindung und der Umwandlung zwischen verschiedenen Metaboliten wie Pentose, Glucuronsäure, Chlorophyll, Porphyrin, Stärke und Saccharose beteiligt. GUSB spielt eine wichtige Rolle bei der Umgestaltung von Komponenten der extrazellulären Matrix unter physiologischen und entzündlichen Bedingungen. Darüber hinaus spielt GUSB eine bedeutende Rolle bei der Freisetzung aktiver oder inaktiver Komplexe durch Glucuronide, sodass es die Aktivität von Pro-Drugs verändern kann. Zusammenfassend ist GUSB eine wichtige Hydrolase im menschlichen Körper, und ein Mangel an GUSB kann verschiedene Stoffwechselanomalien verursachen.

Anwendungen

GUSB ist eines der vielen hydrolysierenden Enzyme, die chemotherapeutische Medikamente metabolisieren und in Lysosomen lokalisiert sind. Es wurde als wichtiges Forschungsobjekt in der antikörpergerichteten Enzym-Pro-Drug-Therapie (ADEPT) verwendet. Das Hauptziel der Verwendung von GUSB in ADEPT besteht darin, zu verhindern, dass der Körper eine Immunantwort erzeugt. GUSB kann Glucuronid-Pro-Drugs an der Tumorstelle oder in der Nähe des Tumors hydrolysieren, um die aktive Stelle freizusetzen, und wird daher in ADEPT zur Behandlung von Krebs eingesetzt, um schwerwiegende Nebenwirkungen aufgrund von Chemotherapie zu vermeiden. GUSB hat eine wichtige Rolle bei der Behandlung von Bauchspeicheldrüsenkrebs gespielt. Darüber hinaus wurden einige GUSB-Pro-Drugs entwickelt, wie z.B. glucuronidiertes Daunorubicin DNR-GA3, glucuronidiertes Doxorubicin (DOX-GA3) und glucuronidiertes Epirubicin (Epi-bus).

GUSB ist weit verbreitet in menschlichen inneren Organen und steht in engem Zusammenhang mit dem menschlichen Stoffwechsel. Die Nachweismethode dieses Enzyms ist relativ intuitiv. Daher können Veränderungen der Enzymaktivität von GUSB in verschiedenen Organen das Auftreten von Läsionen in den Körperorganen nachweisen. Veränderungen der Enzymaktivität von GUSB können bei Gallensteinen, Parodontitis, abnormaler Zellproliferation oder Karzinogenese nachgewiesen werden, sodass sie in der Krankheitsdiagnose verwendet werden können.

Referenz